[发明专利]一种陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，尤其是一种可用于指纹识别电子设备领域的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

指纹识别技术逐渐在计算机、手机等领域得到应用，指纹识别产品也得到越来越多的用户认可。第二代电容式指纹识别技术具有损耗低、体积小、成本低等优点，在小型电子设备以及移动手机领域具有广阔的应用前景。电容式传感器的关键技术在于材料的性能，也是目前小型电子设备如指纹识别外观件及手机盖板等领域的重要难题，包括介电常数直接影响到信号的反应速度，材料硬度/强度影响到器件的耐磨和使用时间，材料透光率影响产品的外观，材料的色度-与器件颜色的匹配性。

目前主流的技术方案是以蓝宝石为代表的陶瓷介质，通过在背面印刷遮光层达到遮光效果，信号反应时间约为0.5秒，成本较高。另一种方案是利用玻璃介质代替蓝宝石，背面印刷遮光层，以玻璃材料来产生通透的玉质感，通过印刷层来达到遮光效果；这种方法制备的成本相对蓝宝石材料来说有了很大降低，但是信号反应时间较长，同时玻璃材料的强度和硬度均很低，在器件制备及用户使用过程中容易产生损伤。

蓝宝石的介电常数在9～10范围，玻璃的介电常数更低，以蓝宝石和玻璃为基础材料的产品注定没有很高的介电性能，导致信号传输的速度慢，即指纹识别时间长；这主要是由于材料介电常数低，在厚度一定的情况下，产生电容量较小，信号不清晰或信号识别时间长；若减小厚度来提高产生信号的电容量，产品的力学性能将会产生恶化，尤其是玻璃材质。因此通过提高材料的介电常数来缩短信号反应时间是一种必然的发展趋势。

此外，以蓝宝石为基础材料的技术方案原材料成本/加工难度均较高，导致生产成本高昂，而以玻璃为基础材料的技术方案虽然价格便宜，但是强度和硬度等力学性能均非常低下，制备过程容易产生损伤和破坏，这直接降低了成品的合格率以及用户在使用过程中的产品使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有较高介电常数、信号反应灵敏度高且同时具有较高强度的陶瓷材料，同时，所述陶瓷材料具有可调节白度和透光率的优点。另外，本发明的另一目的在于提供所述陶瓷材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种陶瓷材料，所述陶瓷材料包含陶瓷层，所述陶瓷层包含第一相和第二相，所述第一相包含氧化锆和氧化钇，所述第二相包含氧化铝。

本发明的陶瓷材料，利用氧化钇稳定氧化锆，以氧化铝为异质增白剂，所得陶瓷材料不仅具有较高的介电常数(约18～40)、信号反应灵敏(最高可达0.1s)，而且所述陶瓷材料强度高(最高可达2500MPa(GB/T6569-86))，硬度远大于玻璃，与蓝宝石相当。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述氧化锆在所述陶瓷层中的质量百分含量为5～99.8％，所述氧化钇在所述陶瓷层中的质量百分含量为0.1～15％，所述氧化铝在所述陶瓷层中的质量百分含量为0.1～85％。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述氧化铝在所述陶瓷层中的质量百分含量为0.25～50％。当所述氧化铝在陶瓷层中的质量百分含量为10～50％时，所述陶瓷层具有较高的白度L值、较低的透光率和较高的强度。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述氧化铝在所述陶瓷层中的质量百分含量为20～40％。当所述氧化铝在陶瓷层中的质量百分含量为20～40％时，所述陶瓷层具有更高的白度L值、更低的透光率和更高的强度。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述氧化铝在所述陶瓷层中的质量百分含量为30～40％。当所述氧化铝在陶瓷层中的质量百分含量为30～40％时，所述陶瓷层能够具有最高的白度L值、最低的透光率和最高的强度。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述陶瓷层中第一相为氧化锆和氧化钇共同形成的用钇稳定的四方氧化锆、单斜-四方共存的氧化锆中的至少一种。

作为本发明所述陶瓷材料的优选实施方式，所述陶瓷材料还包含涂覆在所述陶瓷层背面的覆盖层，所述覆盖层为深色油墨、深色无机介电材料、白色油墨和白色无机介电材料中的至少一种。本发明所述陶瓷材料中，所述陶瓷层表面还含有覆盖层时，可以通过增加在所述陶瓷层表面的覆盖层进一步调节陶瓷层的白度和遮光效果，并且由于陶瓷层本身具有很高的白度和遮光效果，使得所述覆盖层拥有更多的材料选择范围以及厚度范围。所述覆盖层选择深色油墨、深色无机介电材料时，所述覆盖层可以为陶瓷层提高遮光效果；所述覆盖层选择白色油墨、白色无机介电材料时，所述覆盖层可以为陶瓷层提高白度。